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无土栽培设施思考

发布时间:2011/4/15 16:02:32   阅读:

摘要:综述了中国无土栽培设施的由来和发展历史、设施系统构造、所使用的基质类型以及具有的特点等。提出今后农业设施有机生态型无土栽培研究的基本方向和发展前景。

关键词:农业设施,有机生态,无土栽培,发展

Abstract:Thispaperweresummarizedtheoriginationanddevelopment,theconstructionoffacilitiesSystem,substrategenotypes,andcharactersofeco-organicsoilessculture,andputforwardthedirectionandprospectofEco-organicSoillessCultureSysteminthefuture.

目前世界上应用无土栽培技术的国家和地区已达100多个<1,2>。由于其栽培技术的逐渐成熟和发展,应用范围和栽培面积不断扩大,经营和技术管理水平得到很大提高,逐渐实现了集约化、工厂化生产,现已形成一套完整的理论基础,并积累了大量的实践经验。目前,用营养液灌溉的无土栽培不能生产出合格的AA级绿色食品,全国不少大中城市出现80%以上的蔬菜硝酸盐含量超标<3>。近年来.随着人们食品安全意识的增强.对蔬菜等食品的品质要求越来越高.有机生态型无土栽培是近年来的一种新兴技术,能生产出符合人们需要的产品,也是实现设施农业可持续发展的必要途径之一。因此,了解和认识有机生态型无土栽培方法、途径和方向对于设施园艺工作者有很重要的意义。

1有机生态型无土栽培的定义

有机生态型无土栽培是指不用天然土壤,而使用基质,不用传统的营养液灌溉植物根系,而使用有机固态肥并直接用清水灌溉作物的一种无土栽培技术<4>。这种绿色环保型有机农业生产系统是建立在充分利用农业生态系统中有机物质资源的基础上,其物质的投入与产出,循环与积累均从属于农业生态系统的存在与发展。对推动我国无公害食品行动计划实施,促进有机农业的发展将起到重要作用。

2有机生态型无上栽培的由来

我国是一个古老的农业大国,人为活动对土壤影响之深、强度之大是世界上其它国家不可比拟的。设施栽培是一种人为作用十分强的土地利用方式,由于其特定的环境条件、栽培方式以及偏施重施化肥,造成土壤理化性质的改变,设施中土壤盐渍化、连作障碍现象日趋严重,大大限制了设施农业的发展。<5>20世纪80年代中期我国农业部把无土栽培列为重点攻关课题,组织全国攻关<5,6,7>。“七五”(1985~1990)期间我国无土栽培研究主要集中在引进和比较各种无土栽培系统的优劣,至“七五”末期我国基本形成了北方以基质栽培为主,东南沿海地区以薄层营养液膜法(NFT)栽培为主,华南热带地区以深液流水(DFT)栽培为主的无土栽培发展格局。但无论是北方的基质栽培,还是东南沿海的NFT栽培和华南的DFT栽培,均用营养液灌溉作物根系<8>。营养液的配制和管理要求生产者具有较高的水平,而且生产的产品硝酸盐含量过高,不符合绿色食品的生产标准,所有这些因素都限制了无土栽培在我国的进一步普及和推广应用<8>。那么能否找出其它方法来代替这种要求严格的无土栽培方法,同时又能获得相似结果呢<9>?因此研究简单易行有效的基质栽培技术,是加速我国推广应用无土栽培的关键。经过不断的探索研究,至“八五”末期中国农业科学院蔬菜花卉研究所无土栽培组成功地研究开发出一种以高温消毒鸡粪为主,添加适量无机肥料的配方施肥来代替用化肥配制营养液的有机生态型无土栽培技术<8>。而有机生态型无土栽培技术用有机固态肥取代了化学营养液,用廉价易得的农作物秸秆、玉米芯、菇渣等农产品废弃物取代价格昂贵的草炭作为无土栽培基质,可连续使用3-5年,操作起来简单,易被广大的农民所接受。所以有机生态型无土栽培便逐步产生、发展,在实际生产中得到进一步的推广与应用。

3有机生态型无土栽培的设施系统构造

3.1槽式栽培

有机生态型无土栽培系统多采用基质槽培的形式。在无标准规格的成品槽供应时可选用当地易得的材料建槽,如用木板、木条、竹竿、砖块等,槽框能保持基质不散落到走道上即可。槽框建好后在槽底部铺1层0.1mm厚的聚氯乙烯塑料薄膜防止土壤病虫传染。槽边框高15-20cm,槽宽依不同栽培作物而定,黄瓜、甜瓜等蔓茎作物或植株高大需有支架的番茄等作物的栽培槽标准宽度定为48cm,可供栽培2行作物,栽培槽距0.6-lm。生菜、油菜、草毒等植株较矮小的作物,栽培槽宽度可定为72-96cm,栽培槽距0.5-0.8m。槽长依保护地棚室建筑状况而定,一般为5-30m。在有自来水设施或水位差1m以上储水池的条件下,单个棚室建成独立的供水系统。宽48cm,外径72厘米,高度l8-20厘米的栽培槽,可铺设滴灌管1-2根。

3.2袋式栽培

基质中选一种或几种按不同比例混装入长90-100cm,宽30cm,高15cm的塑料袋,塑料袋宜选用黑色耐老化不透光筒状薄膜袋,厚度0.15-0.2mm,直径30-35cm。制成筒状开口栽培袋,内可装基质10-15L,可栽培一株番茄或黄瓜;也可剪制成70cm长的长方形枕头袋,内装基质20-30L,平置地面,开两个洞栽培两株作物。营养基质袋顺序排列置于温室内,每株苗设一个滴灌喷头,在袋的底部和两侧各开0.5-1cm的孔洞2-3个,排出积存的水分或营养液,防止沤根。

3.3立体垂直栽培

它分为柱状或长袋状栽培,可生产结球生菜,草莓及多种叶菜。柱状有基质无土栽培可用石棉水泥管或硬质塑料管,内充满基质,在其四周开口,作物定植在孔内的基质上;长袋状栽培可用粗15cm,厚0.15-0.2mm,长2m米,内充满基质的塑料薄膜袋,下端结扎,悬吊在温室内,在袋的四周开直径为2.5-5.0cm的定植孔,孔内定植作物。有基质栽培柱或长袋摆放密度,行距可为1.2m,柱(袋)距0.8m,从袋或柱的顶端灌水。

4有机生态型无土栽培的特点

有机生态型无土栽培技术具有一般无土栽培的特点,如:提高作物的产量与品质、减少农药用量、产品洁净卫生、节水节肥省工、利用非可耕地生产蔬菜等。此外,有机生态型无土栽培还具有以下几个特点:

4.1大幅度降低无土栽培设施系统的一次性投资,节省生产费用,降低成本

营养液灌溉的无土基质栽培实际上是一种高投入高产出的生产方式,这种高投入也表现在水和肥料的使用上。目前,国内外的基质栽培大部分尚未实行水分养分的封闭式循环利用,过量灌溉的营养液和灌溉水排入温室外的土壤中,水分和养分的利用率低于露地土壤栽培的水分和养分的利用率<10>。由于有机生态型无土栽培不使用营养液,从而可全部取消配制营养液所需的设备、测试系统、定时器、循环泵,各种大量和微量元素等,降低无土栽培设施系统的一次性投资。它主要施用消毒有机肥,而由于基质中有大量的有机肥,故追肥次数和数量很少,与使用营养液相比,其肥料成本降低60%-80%,从而大大节省了生产成本。

4.2对环境无污染

在营养液栽培的条件下,灌溉过程中20%左右的水或营养液排到系统外是正常现象,但排出液中盐浓度过高,对地下水有严重污染。有机生态型无土栽培系统排出液中硝酸盐的含量只有l-4mg.L-1,由此可见,应用有机生态型无土栽培方法生产蔬菜,不但产品洁净卫生,而且对环境也无污染。

4.3可达“绿色食品”施肥标准

从栽培基质到所施用的肥料,均以有机物质为主,所用有机肥经过高温和厌氧发酵处理后,在其分解逐步释放养分过程中,产品中硝酸盐的含量极低,使产品达到了A级绿色食品标准如果少使用化肥,还可以达到AA级绿色食品标准。例如,有研究表明,施用有机固态肥不仅可以提高产量、增加单果重,还可以明显改善果实品质,提高果实的还原糖、降低有机酸和提高糖酸比<11,12>。因此如何使属于纯无机农业的无土栽培纳入有机农业中,是当前亟待解决的课题。

以多种无机盐,尤其是硝态氮要占施氮总量达90%,所配成营养液的无土栽培,其农产品均够不上“绿色食品”档次,全国不少大中城市出现80%以上的蔬菜硝酸盐含量超标<3>。为了与国际上扩展有机食品的生产方法接轨,应尽快研究有机生态型基质培或采取有机营养液全部代替无机营养液的办法。适宜用作有机生态型无土栽培的基质很多,如草炭、椰子壳、棉籽壳、树皮、锯末、葵花秆、蔗渣、炉渣、河沙、珍珠岩,锯木屑、菌糠、沼渣、酒糟、各种农作物秸秆及各种畜禽类肥等<13,14,15>。这些基质中含有丰富的营养成分,是供给植物养分的重要来源。有机生态型基质是一个稳定的、缓冲性较强、具有良好根系生长环境的系统<16>。其微量元素含量丰富,一般不必考虑添加。对有机生态型无土栽培技术进行了大量的研究和应用,证实了有机生态型基质培确实能生产出无污染、产品品质和风味好等优点<17,18,19,20>.通过研究还获得了一些实用技术。目前该技术已广泛应用于生产中<8>。

4.4操作简便,简单易学,用工少

传统无土栽培是以各种无机化肥配制成一定浓度的营养液,且需要定期配制,所用元素和使用浓度要求十分严格.需要有一定文化水平的人才能完成。有机生态型无土栽培则是以各种有机肥或无机肥的固体形态直接混施于基质中,可以就地取材,操作方便,人们一学就会。它采用有机基质和有机肥,不仅各种营养元素齐全,其中微量元素丰富。因此,管理上只需要着重考虑氮、磷、钾、三要素的供应量及其平衡状况,无需严格考虑各种元素在施肥时的配制比例,大大简化了操作管理过程,一般的人员就可完成<21>。

4.5原料资源丰富,处理加工简便

有机生态基质的原料在我国广大农村可以就地取材,如玉米,向日葵,秸秆,椰壳,锯末,树皮等。都可以按一定配比混合后作为基质使用。为了调整基质的物理性能,也可以加入一定量的无机物质。如蛭石,珍珠岩,炉渣,沙子等.无土栽培生产者应根据当地的具体情况,就地取材,选择适合本地区需要的基质.

4.6避免土壤的连作障碍和土传性病害的蔓延

我国的设施蔬菜的栽培进行周年性生产,大量的矿物质滞留在土壤中,雨水的淋溶作用减少,棚室长期处于高温状态,使土壤水分的蒸发和作物蒸腾量大,导致土壤表面积累很多的盐分。而产生的化感物质主要是通过植物地上部的淋洗和挥发<22>、根的分泌<23>以及植物残体的分解等途径向农业系统中释放,从而影响周围或后茬植物的生长发育,同时连作还会产生自毒作用抑制植株的生长,王倩<24>已证实了西瓜自毒作用的存在。土传病害也是土培的难点,土壤消毒很难杀菌彻底。有时土壤残留的农药成分危害植株的生长、污染环境、影响人类的健康。

5设施有机生态型基质研制的发展方向

有机生态型无土栽培技术自推广以来"获得了良好的经济社会和生态效益起到了良好的示范作用,为无土栽培技术在中国的推广应用开辟了一条新途径。作为无土栽培整个环节一部分的栽培基质的研制与生产也将受其影响而在中国有较大的发展<25>,因此应加强有机生态型栽培基质的研制,发展绿色(有机)蔬菜生产。

5.1基质栽培是中国近期无土栽培发展的主要方向

要加强对使用效果好成本低的基质进行研究各地可以就地取材因地制宜研究与发展长江以南稻壳多可以研究稻壳炭化后的合理使用。华北应加强炉渣并配合草炭、蛭石、锯末等基质混合实用的研究,东北草炭资源多的地方可以加强对草炭、锯末等廉价基质的研究,大西北则应加强对沙培技术的研究<26,27>。

5.2向经济环保型基质的研究方向发展

近年来"由于人们环保意识的提高"除稻壳、砂、珍珠岩、纤维素、岩棉、泥炭、蛭石、泡沫塑料外"各种有机废弃物"如椰子壳等已成为主要的无土栽培基质材料,利用废弃物生产多样化,无害化无土栽培基质实现资源的可循环利用,是无土栽培基质选材的方向,利用工业生产的废弃物作基质是今后无土栽培的一个主要方向。目前在这些方面已从事了很多卓有成效的工作;王利英等<28>在温室中进行有机生态型和无机耗能型两种无土栽培基质的比较实验;李国景等<29>研究也表明椰子壳基质比海棉基质和岩棉基质棉基质根际环境中EC和pH值更稳定。栽培的番茄的每株采果数、平均单果重、果实总重和果实质量无明显差异相对于传统的岩棉基质,海棉基质对番茄产量和质量无不良影响;刘洪凤<30>介绍的新型无土栽培基质---秸杆型非织造布,是利用现代非织造生产技术,将农业废弃物秸秆变废为宝,充分利用农村资源的一种蔬菜无土栽培基质。这方面的工作还应该加强与深化。

5.3向快速、简单、无公害的基质消毒方向发展

对设施无土栽培基质消毒,可减少或杜绝下一茬病虫害的发生,从经济、无害化方面考虑,急需研究应用快速、简单、无公害的基质消毒方法。

6有机生态型无土栽培枝术的发展前景

20世纪90年代以来我国日光温室发展迅猛,目前已超过20万hm2,成为我国北方地区农村的支柱产业,一般温室、大棚连续使用3年以后,土壤都会产生次生盐渍化,出现连作障碍,影响作物生长,经济效益下降,而无土栽培在克服土壤泛盐、土传病虫害、连作障碍、减少农药用量、节约用水和提高单产等方面均较土壤栽培有无可比拟的优越性,是未来农业的理想模式。基质培和水培是无土栽培的两种主要形式。其中基质培具有性能稳定、一次性投资少、管理容易、不易传染根系疾病等优点被普遍接受。随着人们对绿色食品和有机食品需求的不断增加,20世纪90年代后各种有机废弃物作为基质的有机基质栽培得到重视,从而使无土栽培进入一个新的发展阶段。成为克服温室连作障碍最有效、最经济和最彻底的办法<7,31>。

有机生态型无土栽培技术自推广以来获得了良好的经济社会和生态效益起到了良好的示范作用为无土栽培技术在中国的推广应用开辟了一条新途径。作为无土栽培整个环节一部分的栽培基质的研制与生产也将受其影响而在中国有较大的发展.因此,应加强有机生态型栽培基质的研制发展绿色(有机)蔬菜生产。对蔬菜无土栽培基质消毒,可减少或杜绝下一茬病虫害的发生,从经济无害化方面考虑,急需研究应用快速、简单、无公害的基质消毒方法。探索出就地取材的无土栽培基质配方及其简易管理方法。有机、无机复混基质是将来基质培的主要发展方向,在复混基质中有机废弃物的合理使用是关键<32>。。

近年来,我国无土栽培面积只有200hm2,仅占我国温室面积的1%,而日本无土栽培面积则占温室面积的20%,荷兰等国则占温室面积的90%以上,所以无土栽培在我国具有广阔的发展前景<33>。总之,有机生态型无土栽培技术具有运行成本底、节水节肥,一次投资建造,可多年受益;操作管理简单,水肥可以及时控制或补充.基本能达到精细管理目的;节省劳力.尤其节水节肥效果显著;能对栽培基质进行彻底消毒.从根本上解决温室生产中最突出的重茬障碍问题;能充分利用和节约资源,保护环境等显著特点。栽培产品属绿色食品,商品性好,市场价格高,因而增产增收效果更为显著<34,35,36,37>。由于地上病害发生少,非常适合我国现代节能型日光温室栽培得发展。目前已在北京、山西、山东、河南、辽宁、新疆、甘肃、广东、海南等获得了较大面积的应用,获得了较好的应用效果。是一项前景非常广阔的高新技术,应用它必将获得良好的经济、社会和生态效益。

发展无污染、安全、优质、营养的绿色蔬菜生产是社会和经济发展的需要,也是维护人类健康、保护环境、发展持续农业的当务之急。无土栽培是世界设施农业中广泛采用的先进技术,具有避免土传病虫害及连作障碍、肥料利用率高、节约用水以及生产的可控性等诸多优点,已成为发展无公害绿色蔬菜生产的可靠途径<38>。随着我国与世界接轨,我国的传统优势产业蔬菜业必将得到更大的发展,而有机生态型无土栽培技术由于能够生产符合国家食品卫生标准的“绿色食品”必将为蔬菜产业的发展提供技术支撑,成为我国设施作物生产的主要方式。<39,40>为我国蔬菜产品与环境安全以及蔬菜产业可持续发展提供保证。

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